4.2 科学测量：电源的电动势和内阻 课件 -2025-2026学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

该高中物理课件聚焦电源电动势和内阻的测量，基于闭合电路欧姆定律U=E-Ir，通过“观察与思考”“思考与讨论”引导学生从U-I图像意义（纵截距为E、斜率为r）过渡到伏安法实验设计，衔接闭合电路欧姆定律知识，提供图像分析、实验步骤、数据记录表等学习支架。 其亮点在于以科学思维（图像外推处理数据、误差分析中的理论论证与等效电源模型建构）和科学探究（完整实验流程：器材选择-数据记录-图像法处理）为核心，结合例题（如U-I图像求内阻、短路电流）和三种误差分析方法。教学采用问题驱动与实验探究，课堂小结系统梳理原理、数据处理、误差分析。帮助学生提升科学探究与数据处理能力，为教师提供含实验方案、误差分析的完整教学资源，便于高效教学实施。

第四章 闭合电路欧姆定律与科学用电 4.2　科学测量：电源的电动势和内阻 高中物理鲁科版（2019）必修第三册 尝试进行电源电动势和内阻测量误差的分析，了解测量中减小误差的办法。 知道伏安法测量电源电动势和内阻的实验原理，进一步理解电源路端电压随电流变化的关系。 01 重点 学会根据图像合理外推进行数据处理的方法。 02 重难点 03 重点 公司logo 公司logo 学习目标 电源的 U-I 图像 |k|=r=||= 外电路断路时R→∞，I=0 纵截距表示电源电动势E 外电路短路时，R=0，U=0， 横截距表示电源的短路电流 I0= 由路端电压U与电流I的关系式U=E-Ir，可得到U-I图像。 阴影面积表示电源在路端电压为U1时的输出功率P=UI 公司logo 公司logo 观察与思考 若纵坐标上的取值不是从零开始，以上三个结论还成立吗？ |k|=r 纵截距仍表示电源电动势E U≠0，横截距不再表示电源的短路电流 公司logo 公司logo 思考与讨论 1.(2025·漳州市云霄立人学校期中)如图所示是某电源的路端电压与电流的关系图像，由图像可求出电源的内阻为　　Ω，电源的短路电流为_____A，若阻值是4 Ω的定值电阻接在该电源两端，此时电源的效率为 。  2.0 3.0 66.7% 例题 由题图可知，电源的电动势为E=6.0 V 电阻的内阻r= Ω=2.0 Ω 电源的短路电流为I== A=3.0 A 电阻是4 Ω的定值电阻接在该电源两端， 电路的电流为I==1.0 A 路端电压为U=IR=4.0 V， 此时电源的效率为η==66.7% 2.(2025·漳州市云霄立人学校期中)图为两个不同闭合电路中的两个不同电源的U-I图像，则下述说法中不正确的是 A.电动势E1=E2，发生短路时的电流I1>I2 B.电动势E1=E2，内阻r1>r2 C.电动势E1=E2，内阻r1<r2 D.当电源的工作电流变化相同时，电源2的路端电压变化较大 √ 例题 因为U-I图像中图线与U轴的截距表示电源电动势，所以E1=E2，与I轴的截距表示短路电流，所以发生短路时的电流I1>I2，图线斜率绝对值表示电源内阻，故内阻r1<r2，选项A、C正确，B错误； 因图线2的斜率绝对值较大，则当电源的工作电流变化相同时，电源2的路端电压变化较大，选项D正确。 测量电源的电动势和内阻 电动势和内阻都是电源的重要参数。 如何测定一个电池的电动势和内阻？需要哪些器材？怎样设计电路？ 为减小误差，分别测出多组路端电压U 和电流 I 改变外电路的阻值—滑动变阻器 E=U+Ir 电压表、电流表 待测干电池 开关、导线 公司logo 公司logo 思考与讨论 实验步骤 (1)按实验原理图连接好电路。 0~0.6 A量程 0~3 V量程 (2)滑片移到阻值最大处 公司logo 公司logo 核心知识 实验步骤 (3)闭合开关，调节滑动变阻器，使电流表有明显的示数，记录一组数据(I1、U1)。用同样的方法测量几组I、U值。(一般6组) (4)断开开关，整理好器材。 (5)处理数据，用公式法或图像法求出干电池的电动势和内阻。 实验序号 1 2 3 4 5 6 I/A             U/V             公司logo 公司logo 核心知识 2.作图法 数据分析 1.公式法 |k|=r=||= 断路时U=E U=0时，I短= 将1、4组，2、5组，3、6组联立方程组解出E1、r1，E2、r2，E3、r3，求平均值 E= r= 公司logo 公司logo 核心知识 误差分析 1.偶然误差 2.系统误差 和 读数描点不准 来源于电压表分流作用，I测<I真 U越大，电流表的读数与总电流的偏差就越大 如图，E测<E真，r测<r真 公司logo 公司logo 核心知识 ①理论分析法 根据E测=U1+I1r测，E测=U2+I2r测 考虑Ⓥ分流作用 方程修正 E测<E真 r测<r真 E测=，r测= E真=U1+(I1+)r真 E真=U2+(I2+)r真 E真=，r真= 比较得 公司logo 公司logo 核心知识 ②图像修正法 由于Ⓥ分流，I真=I+IV=I+ U越大，IV越大，I真越大 比较|k|和纵截距 E测 < E真 r测 < r真 公司logo 公司logo 核心知识 外电路断开时，Ⓥ与电池构成闭合回路， 此时Uab为等效电动势 E测=E真 把R和Ⓐ看成外电路，则Ⓥ可看成内电路的一部分，实际测出的是电池和Ⓥ并联后整体等效的r和E。 ③等效电源法 等效内阻r测= 电池内阻r真 < 电池电动势E真 < 公司logo 公司logo 核心知识 误差分析 若知RA，r真=r测-RA 此接法无系统误差 E测=E真 r测=r真+RA>r真 RA接近r 电流表分压明显 误差较大 3.电流表“相对电源内接法”测E、r U真=U测+UA=U测+IRA 在U-I图线上对应每一个I应加上修正值UA=IRA RA很小，I很小时，UA趋于零， I增大，UA也增大 公司logo 公司logo 核心知识 注意事项 普通的干电池内阻较小，只有几欧到几十欧，为减小误差，通常选用电流表相对电源外接的方法测量。 1 对于内阻非常大的电源(如水果电池的内阻达到几千欧)通常选用电流表相对电源内接的方法。 2 如果电路中用于测量的电流表内阻已知时，也可选用电流表相对电源内接的方法测量电源的电动势和内阻，此时电源的内阻真实值等于测量值与电流表内阻的差值。 3 公司logo 公司logo 核心知识 3.某同学用伏安法测一节干电池的电动势E和内阻r，所给的器材有： A.电压表V：0~3 V，0~15 V B.电流表A：0~0.6 A，0~3 A C.滑动变阻器R1：(20 Ω，1A) D.滑动变阻器R2：(1 000 Ω，0.1 A) E.开关S和导线若干 (1)电压表应选用的量程为　　　(选填“0~3 V”或“0~15 V”)； 电流表应选用的量程为　 　　(选填“0~0.6 A”或“0~3 A”)； 滑动变阻器应选用　　(选填“R1”或“R2”)。  0~3 V 0~0.6 A R1 例题 一节干电池电动势约为1.5 V，则电压表量程选0~3 V；电路中最大电流约为零点几安培，电流表应选用的量程为0~0.6 A；为方便实验操作，且外电压明显变化，滑动变阻器应选小电阻，故选R1。 (2)根据实验要求完成图中的实物电路图连线。 例题 (3)实验测得的5组数据已在U-I图像中标出，如图。请你根据数据点位置完成U-I图线，并由图线求出该电池的电动势E=　　V，内阻r=_____Ω(结果保留两位有效数字)。  1.5 0.50 E=1.5 V r=|k|=||= Ω=0.50 Ω 例题 4.某同学在用电流表和电压表测电池的电动势和内阻的实验中，串联了一只2.5 Ω的保护电阻R0，实验电路如图。 (1)请按电路原理图把实物电路图利用笔画线代替导线连接起来。 例题 (2)该同学顺利完成实验，测得表中的数据，请根据数据在坐标系中作出U-I图像，由图知：电池的电动势为　　，内阻为　　　(结果均保留2位有效数字)。  I/A 0.10 0.17 0.23 0.30 U/V 1.20 1.00 0.80 0.60 1.5 V 0.52 Ω ● ● ● ● E=1.5 V |k|=≈3.02 r=(3.02-2.5) Ω=0.52 Ω 例题 (3)考虑电表本身电阻对测量结果的影响，造成本实验系统误差的原因是　　　　　 　。 电压表的分流作用 (4)实验所得的电池的电动势和内阻的测量值与真实值比较：E测　　E真，r测　　r真(均选填“<”“=”或“>”)。  < < 例题 (3)由于电压表的分流作用，电流表所测的电流小于通过电池的电流。 (4)保护电阻等效为电池内阻的一部分，电压表测量外电压，电流表所测的电流偏小，作出U-I图线的测量图线和实际图线，虚线表示实际图线，从图线可以看出，电池的电动势和内阻的测量值均小于真实值。 电源的电动势和内阻 数据 分析 误差 分析 1.公式法：多求几组E、r的值算出平均值 系统误差：电压表分流、电流表分压 原理 E=U+Ir 1.作图法：|k|=r，b=E 偶然误差： 电压表和电流表读数、描点不准 ①理论分析法 ②图像修正法 ③等效电源法 课堂小结 谢谢 $